跌坎型底流消能工水力特性的试验研究

采用水力学试验方法,对跌坎型底流消能工的水流流态、时均动水压力分布以及临底流速进行了分析。并对影响消力池水力特性的跌坎深度和水流入池角度进行了研究。研究表明跌坎型底流消能工能有效解决高水头、大单宽流量消力池水力学指标过高的问题。     

跌坎型底流消能试验研究

为了减小高坝泄洪雾化的影响,对比传统底流消能工,进行了水工模型试验。通过试验,对跌坎型底流消能工的水流流态、临底流速以及脉动压力分布进行了研究分析,结果表明：跌坎型底流消能工可大大降低临底流速,减小消力池底板上的脉动压强,消能效果较好;同时还可抬高消力池底板高程,缩短消力池长度,节省较多的工程量,经济效益明显。     

跌坎型底流消能工跌坎深度在工程优化设计中的应用

以某工程导流泄洪隧洞底流消能工为试验研究对象,原方案试验中,在闸门半开工况下,下泄水流出现脱离泄槽底板现象,不利于下泄水流的消能,经研究,改变压坡段底板坡度,同时将泄槽的两个坡段改成一个坡段;原方案底流消能工消力池内均发生远驱式水跃,消能效果差,通过研究采用以最大临底流速为控制目标的最小跌坎深度计算公式,确定消力池底板高程。经两次优化试验后,消除了闸后水流脱离泄槽底板的现象,下泄水流流态稳定,消力池内形成稳定的淹没水跃消能,出池水流与下游水流衔接较好,消力池内临底流速和时均动水压强均明显降低,消能效果好。     

跌坎型底流消能工的跌坎最小深度研究

跌坎型底流消能工消力池内的水力特性受到跌坎深度的影响。应用平面紊动射流理论,以消力池内允许的最大时均动水压强为控制目标,对于跌坎最小深度的确定方法进行了初步分析,建立了计算跌坎最小深度值的理论公式。通过水力学试验方法,得到消力池底板时均动水压强与跌坎最小深度之间的关系,同时与跌坎最小深度试验值进行了比对,对本文建立的理论公式进行了验证。     

跌坎底流消能工在高坝泄洪消能中的实验研究

跌坎型底流消能工是一种新型的消能工,其入池水流在主流上下形成漩涡和强剪切紊动进行消能,提高底流消能率。通过某大型水电站水力学模型试验,对几种不同的底流消能工进行了对比研究,表明跌坎的存在可以有效地降低消力池临底流速等水力学参数,改善消力池内水流的流态,极大提高了入池水流的水力学指标,保证其运行安全,满足高水头、大流量泄洪消能工的要求,为底流消能应用于高坝建设提供了参考和借鉴。     

跌坎型底流消力池的水力特性与优化研究

本文以向家坝高水头大单宽流量水电站为例,对旨在降低消力池临底水力学指标的跌坎型底流消力池进行了系列水工模型试验,研究了不同跌坎高度的消力池水力学特性。研究成果表明,连续跌坎的采用有利于降低消力池临底流速,其应用效果取决于跌坎高度,但跌坎的存在也改变了消力池内的水流流态,对底板脉动荷载与消力池的消能效率有较大影响。对有溢流表孔与中孔的泄水建筑物采用适度收缩泄水孔出口的布置方式,可以起到稳定消力池水流流态、增进消能效率的作用,同时有利于减轻泄洪雾化。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。     

跌坎型底流消能工再附点数值模拟

采用Fluent软件对跌坎型底流消能工消力池再附点位置速度、压力进行数值模拟,结合跌坎型底流消能工消力池再附点变化的水工模型试验,对影响消力池再附点位置速度和压力变化因素水流的入池角度、入池能量和跌坎深度进行研究。运用Fluent软件建立合理的数学模型进行模拟计算,将数值模拟计算结果与试验实测数据进行比对,得到的数值模拟计算结果与试验实测数据基本一致,并对数值模拟成果进行分析,得到再附点位置速度、压力随入池角度、入池能量和跌坎深度变化的相关规律。     

跌坎型底流消能流态转捩及控制研究

跌坎型底流消能工是一种建立在常规底流消能工基础上的新型消能工。通过理论分析得出,跌坎型底流消能工消能率随着跌坎高度与上下游水深的变化而发生变化,且不同入池Fr下,满足消能率所需坎高与水深不同。结合某大型水电工程进行验证,针对上游相对水位120.0~140.0 m、下游相对水位40.0~50.0 m,跌坎型消力池内水流流态特征进行分析。研究结果表明,跌坎型消力池内水位波动最大值发生在跌坎下游50~100 m范围内;随着跌坎型消力池跌坎高度的变化,消力池内水流可呈现出三种不同流态特征;当跌坎断面采用收缩体型后,跌坎高度可得到提升,有效地保障消力池内水流流态稳定和消能效率,改善消力池内临底水力学指标。     

坎深和入池能量对跌坎型底流消能工流态影响的数值模拟

跌坎型底流消能工是建立在常规底流消能工基础上的一种消能方式,相对于常规底流消能工能有效降低消力池的临底水力学指标.本文采用RNG k-ε双方程紊流模型进行数值模拟;数值计算采用SIMPLE算法的改进的算法PISO算法;对于自由水面线,采用VOF方法对进行追踪模拟.并对计算结果与物理模型观测值进行了对比,两者结果具有较好的一致性.     

洞塞消能的数值模拟

应用标准k-ε双方程模型对洞塞消能工进行了数值模拟计算。数模的结果与试验结果和经验公式计算的结果很相近，误差小于5%。这说明应用标准k-ε双方程模型计算洞塞消能是可行的。在验证的基础上，用数模对洞塞消能工的布置进行了优化，并给出了各级洞塞布置的最短距离。     

跌坎式底流消能工坎后横轴漩涡水力特性研究

通过水力学试验方法,对跌坎式底流消能工坎后横轴漩涡的水力特性进行了初步研究.详细分析了横轴漩涡的形式以及其运动区域的变化,并对漩涡与底板和跌坎面切点处流速的变化、漩涡区相对于消力池整体压力的变化进行了初步的分析.     

缓坡度陡槽溢洪道阶梯消能研究与应用

作为一种新型的辅助消能工，阶梯式消能工得到较多的研究和应用，但以往的研究与应用主要集中于坡度较陡的溢洪道。本文在总结广东省多项水利工程阶梯式溢洪道试验研究的基础上，进行了4种坡度比阶梯溢洪道的模型试验研究，对缓坡度陡槽溢洪道应用阶梯式溢洪道的水力特性进行了研究探讨。给出了阶梯跌坎高度、阶梯跌坎间距等阶梯体形参数对消能效果及流动形态的影响规律，并对缓坡度陡槽溢洪道应用阶梯式溢洪道设计方法进行了探讨，可供类似工程参考。     

Hydraulics of a multiple slit-type energy dissipater简

With the constructions of high dam projects in China, the energy dissipation downstream of a dam becomes a serious concern. In this study, a multiple slit-type energy dissipater, with different reduction size slits in the outlet, is developed on the basis of conventional slit-type energy dissipaters, aiming to enhance the energy dissipation through the turbulence and the friction between the different layers of the jet flow and the air entrainment due to the increased surface of the flow to the air. The hydraulic characteristics of the energy dissipater are experimentally investigated by means of three sets of physical models in nine cases, to characterize the geometric parameters with suitable performance. The main concerns are the flow regime, the jet flow trajectory, the energy dissipation, the cavitation characteristics, and the flow choking. The results indicate that the dissipater enjoys a high energy dissipation ratio with suitable hydraulic performance comparing with the conventional slit-type energy dissipaters.     

亭子口水电站跌坎消力池减压模型试验研究

采用1:40减压模型,通过测试流态、水下噪声和脉动压力等水力参数,对亭子口水电站闸墩尾部跌坎式底流消力池的空化空蚀特性进行了研究。成果表明：闸墩尾部区域存在强度为发展阶段的剪切流空化,采用8.00 m高度的跌坎消力池后,消力池底板空蚀破坏的可能性较小;但消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离较小时,边墙空蚀破坏的可能性较大;消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离增至4.20 m时,边墙空蚀破坏的可能性显著降低。     

Minimum wall pressure coefficient of orifice plate energy dissipater

Orifice plate energy dissipaters have been successfully used in large-scale hydropower projects due to their simple structure, convenient construction procedure, and high energy dissipation ratio. The minimum wall pressure coefficient of an orifice plate can indirectly reflect its cavitation characteristics: the lower the minimum wall pressure coefficient is, the better the ability of the orifice plate to resist cavitation damage is. Thus, it is important to study the minimum wall pressure coefficient of the orifice plate. In this study, this coefficient and related parameters,such as the contraction ratio, defined as the ratio of the orifice plate diameter to the flood-discharging tunnel diameter; the relative thickness,defined as the ratio of the orifice plate thickness to the tunnel diameter; and the Reynolds number of the flow through the orifice plate, were theoretically analyzed, and their relationships were obtained through physical model experiments. It can be concluded that the minimum wall pressure coefficient is mainly dominated by the contraction ratio and relative thickness. The lower the contraction ratio and relative thickness are,the larger the minimum wall pressure coefficient is. The effects of the Reynolds number on the minimum wall pressure coefficient can be neglected when it is larger than 105. An empirical expression was presented to calculate the minimum wall pressure coefficient in this study.     

东山拦河闸加固改造工程消能研究

由于东山拦河闸下游消力池遭受破坏,且下游河道河床下切、水位降低,需对拦河闸下游消能工进行加固改造。通过水工模型试验,在东山拦河闸现状下游消力池加固改造的基础上,为了确保消力池下游海漫段的安全运行,在海漫段上设置消力墩和消力坎等辅助消能工。研究表明:消力池下游海漫段上设置了消力墩和多级消力坎之后,海漫段的泄流消能率最高可达约50%,确保了出池水流较平顺地与下游河道水流衔接。研究成果得到了工程建设的采用,可供类似工程设计和运行参考。     

洞塞泄洪洞的水力特性研究

本文提出的洞塞式消能工与孔板非常相似，充分利用高速水流经过局部突缩突扩断面产生巨大水头损失实现消能，但体型简单，洞塞内水流相对平稳，消能率很高。本文较为详细地介绍了洞塞消能的特点、洞塞泄洪洞的布置型式和水力学计算。水力学模型试验成果与计算结果非常吻合。     

一种新型组合式消能工的试验研究

通过对澜沧江黄登水电站的水工模型试验研究,提出一种新型的组合消能工型式,即4个表孔的中间两孔采用略微扩散的连续挑坎,两边表孔为窄缝鼻坎,2个放水底孔采用曲面贴角鼻坎,下设水垫塘的联合泄洪消能方式。这种方式能很好地适用于各种地形,特别是在狭窄河谷的情况下,可获得理想的消能防冲效果,减少了水垫塘宽度,是一种值得采用的组合消能工型式。